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高速激光熔覆和常规激光熔覆之比较

发布日期:2019-02-20

近两年高速激光熔覆技术得到了我国激光行业及金属表面加工业的高度关注。以西安中科中美激光科技有限公司作为代表型企业,高速激光熔覆技术在我国发展迅速。企业基于国内激光产业发展现状,历经2年自主研发,先后在国内首家推出了2000W,4000W,6000W等系列高速熔覆激光器及整套装备,拥有完全自主知识产权,为我国高速激光熔覆产业的发展,提供了强大的装备和技术支持。

高速激光熔覆之所以受到广泛重视,主要原因在于:和常规激光熔覆相比,高速激光熔覆具有加工效率高,加工精度高、后续加工成本低,对工件的热输入量很小,可减少工件变形等等优势。下面给出二者之详细比较:

1. 高速激光熔覆相较于常规激光熔覆优点在于:

(1)线速度可达100m/min,大大提高了熔覆效率。直径70合金钢基体,熔覆马氏体不锈钢材料,涂层厚度0.5mm,搭接70%情况下,熔覆效率可达1.2㎡/h,整体加工效率为常规熔覆的3-4倍。

(2)熔覆层平整,可直接磨抛加工,不需车削工序,从而大大节省材料与加工成本。

(3)可进行薄涂层熔覆(0.2mm-0.3mm),又可进行中、厚涂层熔覆(0.3-1.5),薄、厚兼顾,特殊情况下,亦可进行多层熔覆。

(4)高速熔覆对工件的热输入小,工件热变形小,可用于加工薄壁件、小型件。

(5)稀释率可控制<3%。

(6)激光功率密度大,可以熔覆高熔点粉末材料。

(7)可实现铜、铝、钛等有色金属材料实现表面强化(见下面详细分析)。

(8)高速熔覆打破了常规熔覆的许多应用限制,应用领域广,且是目前代替电镀的唯一可行办法。

2. 高速激光熔覆相交于常规激光熔覆的缺点在于:

(1)目前高速熔覆的粉末利用率约在70%左右,比常规激光熔覆略低,还需进一步通过技术手段提高。

(2)高速激光熔覆为了追求较高的表面质量从而节省材料、降低加工成本普遍采用20-53um的细球形粉末,常规激光熔覆普遍采用50-150um的粗粉。细粉成本略高于粗粉。

(3)高速激光熔覆属于新技术,工艺比常规熔覆略复杂。

3. 高速激光熔覆与常规激光熔覆的共通点在于:

(1)熔覆材料共通。常规激光熔覆可熔覆的材料,高速激光熔覆均可熔;部分常规激光熔覆不能熔覆的材料,如高熔点材料,高速激光熔覆可熔。

(2)都为冶金结合。但高速熔覆的涂层效果类似热喷涂,表面平整。常规熔覆起伏较大。

(3)工艺路线共通。常规激光熔覆工艺调整的关键点同样是高速激光熔覆工艺调整的关键点。

(4)应用领域一致。即常规激光熔覆可应用的领域高速激光熔覆均可应用,且常规激光熔覆部分无法应用的领域高速激光熔覆亦可以应用。通俗讲就是常规激光熔覆能干的活高速激光熔覆可以干,常规激光熔覆不能干的活高速激光熔覆也可能可以干。

4. 为什么高速激光熔覆可以在铜、铝等有色金属上熔覆:

铜、铝表面强化一直是行业迫切需求,但工艺难度大。目前在非冶金结合情况下可采用喷涂与电镀工艺路线;冶金结合情况下目前常规激光熔覆可采用YAG激光熔覆路线,但YAG工艺路线存在效率低下;其它二氧化碳、半导体、半导体光纤耦合等常规激光熔覆路线部分学校、企业做了大量研究,但最终结果均不理想,主要原因是由于:铜、铝难以熔覆的原因在于导热快,基体不易形成熔池。

中科中美将高速激光熔覆技术应用于有色金属表面处理,从初步试验结果看,高速激光熔覆可完全解决该行业难点。高速激光熔覆的功率密度是常规激光熔覆的5-10倍,且一部分光直接作用于基体,可以在铜、铝基体上形成熔池,这是高速激光熔覆可以实现铜、铝上熔覆的最主要原因。

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